磁力光整加工鎳基高溫合金機理及基礎試驗研究.pdf

1、磁力光整加工技術是將磁場和磁性磨料引入研磨拋光加工而發(fā)展起來的一種先進的復合光整加工工藝，可以有效改善產品表面質量，在航空航天、機械、儀表、醫(yī)療器械、核能領域具有廣泛的應用前景。但是，由于缺乏高性能的磁性磨料，對難加工材料的磁力光整加工機理認識不清楚，沒有專門的研磨加工設備和優(yōu)化的研磨工藝參數(shù)等諸多問題，制約了該技術的發(fā)展。為解決上述問題，本文以 XK7136C數(shù)控銑床為研究平臺，對其進行磁力光整加工系統(tǒng)改造；采用霧化快凝法制備的球形復

2、合磁性磨料進行難加工材料的磁力光整加工試驗，研究分析球形復合磁性磨料的光整加工機理；選用高性能鎳基變形高溫合金 Inconel718（GH4169）和鎳基鑄造高溫合金 K419進行研磨試驗和參數(shù)優(yōu)化。主要研究內容如下：
　　1.球形磁性磨料光整加工機理分析
　　從球形磨粒在磁場中的受力分析入手，對研磨刷的切削性能及研磨壓力進行分析和公式推導，得出磁力光整加工是在機械、化學和電化學等共同作用下完成。重點研究強永磁場下球形復合磁

3、性磨料磁力光整加工工藝條件下材料研磨理論模型、材料微觀去除機理以及工藝參數(shù)變化對加工表面質量的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)球形復合磁性磨料靜態(tài)有效磨刃數(shù)多、微刃分布一致性好的特性，可以有效提升光整加工效率，獲得優(yōu)質的表面質量。
　　2.研磨線速度與研磨刷加工性能探討
　　柔性磁研磨刷在加工時研磨線速度不能無限增大，因為研磨刷在隨主軸轉動時，轉速過高會對磁性磨粒產生較大的離心力，若磁極產生的磁場束縛力小于磨粒受到的離心力，就會飛出加工區(qū)域，

4、造成研磨刷加工性能降低。因此，在磁極確定的研磨加工中存在最大線速度。通過公式推導和理論分析得出，可以采用增大加工區(qū)域內的磁場強度和磁場強度梯度、選用相對磁導率較大的磨料等方法來降低磨粒飛出加工區(qū)域現(xiàn)象的發(fā)生，得出霧化快凝球形復合磁性磨料的相對最大線速度，提高研磨刷的加工性能。
　　3.永磁極設計與仿真
　　以 XK7136C數(shù)控銑床為研究平臺，對其進行磁力光整加工系統(tǒng)改造。采用強永磁材料稀土釹鐵硼（NbFeB）設計制造高效永

5、磁極，并且結合研磨刷光整加工時出現(xiàn)剛性過大的問題，提出將磁極端面中心處部分材料去除，此種設計可以有效提高磁極端面近中心范圍內的磁場強度，且有利于磁性磨粒的流動，解決了研磨刷剛性較強影響光整加工質量的問題。選用電磁仿真軟件 ANSYS對磁極不同端面形狀和開槽尺寸的磁力線分布和磁場強度分布進行仿真分析，優(yōu)化獲得磁極結構參數(shù)，并通過研磨試驗驗證設計磁極的有效性。
　　4.鎳基變形高溫合金Inconel718和鎳基鑄造高溫合金K419磁力

6、光整加工試驗探究
　　本文選用在航空航天領域廣泛應用的鎳基高溫合金Inconel718和K419使用霧化快凝法制備的球形復合磁性磨料進行研磨對比試驗。分析了在磁場強度和加工時間恒定的情況下，主軸轉速、加工間隙、磨粒粒徑和磨料填充量四個工藝參數(shù)對研磨材料表面微觀形貌和粗糙度的影響。選用正交試驗方法對各研磨參數(shù)進行優(yōu)化，總結得到加工兩種材料的最佳研磨參數(shù)組合，并且進行磁力光整加工試驗驗證，取得了良好的光整加工效果。為磁力光整加工技術的